Ratgeber
Die Drehzahlregelung von Elektromotoren gehört heute zum technischen Einmaleins. Das Einsatzspektrum reicht von Bohrmaschinen bis zu großen Industrieanlagen mit Pumpen, Werkzeugmaschinen und Förderbändern. Ohne eine bewährte Methode zur Kontrolle der Geschwindigkeit lässt sich mit Elektromotoren nicht mehr effizient arbeiten.
In unserem Ratgeber stellen wir Ihnen das Funktionsprinzip von Drehzahlstellern und den mit ihnen verwandten Drehzahlreglern vor. Wir geben Ihnen außerdem Tipps für die Beschaffung.
Ein Drehzahlsteller ist eine elektronische oder elektromechanische Vorrichtung, die zur Regelung der Drehzahl eines Elektromotors oder einer anderen rotierenden Maschine verwendet wird. Die grundlegende Funktionsweise des Drehzahlstellers besteht darin, die Menge an Strom, die an das Aggregat geliefert wird, zu erhöhen oder zu verringern, um die Geschwindigkeit der Drehung zu steuern.
Diese Controller werden in vielen Anwendungen eingesetzt, zum Beispiel in Industriemaschinen wie Pumpen, Lüftern, Gebläsen, Förderbändern und Werkzeugmaschinen. Sie finden sich auch in Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen, Trocknern, Staubsaugern und Klimaanlagen.
Ist der Drehzahlsteller nicht Bestandteil einer mit elektrischer Motorkraft betriebenen Maschine, lässt er sich nachrüsten. Verfügbar sind verschiedene Modelle, von der bestückten Platine über die steckerfertige Ausführung mit Bedienelementen und Display bis zum feldbusfähigen Gerät mit analogen und digitalen Eingängen. Basis ist immer die Elektronik, die dazu dient, die Geschwindigkeit des Elektromotors zu ändern.
In der Praxis werden Drehzahlsteller häufig mit Drehzahlreglern verwechselt.
Der Unterschied ist aber nicht unbedeutend: Drehzahlregler verfügen sozusagen über einen Rückkanal an die Elektronik. Sensoren ermitteln dazu permanent die aktuelle Drehzahl und geben den Wert als Rückkopplung zurück.
Sollte der Ist-Wert vom Soll-Wert abweichen, reguliert der Drehzahlregler die Umdrehung automatisch und stufenlos bis zum Soll-Wert, und zwar unabhängig von der anliegenden Last.
Eine Bohrmaschine erreicht mit einem Drehzahlregler immer die gleiche Leistung, unabhängig vom Widerstand des zu bearbeitenden Materials.
Diese Controller sind für Elektromotoren gedacht, die mit Gleichstrom oder kurz DC angetrieben werden. Es gibt Steuerungen für bürstenbehaftete DC-Motoren, bürstenlose DC-Motoren und Universalmotoren. Sie alle ermöglichen es dem Bediener, das gewünschte Verhalten des Antriebs einzustellen, auch wenn sich die Mechanismen, mit denen dies geschieht, unterscheiden.
Die meisten Gleichstrommotoren werden verlangsamt, indem einfach die Stromzufuhr gedrosselt wird. Eine dazu häufig verwendete Technik ist die Pulsweitenmodulation oder PWM.
Im Wesentlichen variieren PWM-Schaltungen die Motordrehzahl, indem sie eine Verringerung beziehungsweise Erhöhung der Versorgungsspannung simulieren. Controller senden dazu periodische Impulse an den Elektromotor, die in Kombination mit dem Glättungseffekt durch die Spuleninduktivität dafür sorgen, dass der Antrieb so tut, als würde er mit einer niedrigeren oder höheren Spannung betrieben werden. PWM ist sowohl einfach als auch kostengünstig zu implementieren und steuert die Motordrehzahl nahezu stufenlos.
Der Leistungsregler für Wechselstrom oder kurz AC ist auch unter der Bezeichnung Frequenzumrichter erhältlich. Der Wechselstrom-Motor erhält Strom mit einer einstellbaren Frequenz. Damit lässt sich die Motordrehzahl präzise und stufenlos steuern.
Das Gerät besteht in der Regel aus drei grundlegenden Teilen: dem Gleichrichter, dem Wechselrichter und dem Zwischenkreis, der den Gleichrichter und den Wechselrichter miteinander verbindet. Der Gleichrichter wandelt die Wechselstrom-Eingangsspannung in Gleichstrom um, während der Wechselrichter die DC-Spannung in eine AC-Ausgangsspannung mit einstellbarer Frequenz umwandelt. Der Wechselrichter ist bei Bedarf auch zur Steuerung des Ausgangsstromflusses geeignet.
Ein AC-Drehzahlsteller kommt in vielen verschiedenen industriellen und kommerziellen Anwendungen zum Einsatz. Dazu zählen Steuerungen von Ventilatoren in Lüftungen, Klimaanlagen und Heizungssystemen zur besseren Kontrolle des Luftstroms. Er hilft auch bei der Einstellung der Geschwindigkeit von Pumpen und Gebläsen. Weitere Anwendungen sind Förderbänder, Kräne und Hebezeuge, Werkzeugmaschinen, Extruder, Folienanlagen, Spinnmaschinen für Textilfasern und vieles mehr.
Wesentlich für die Auswahl des richtigen Drehzahlstellers ist die Motortechnologie, sie bestimmt, ob ein Gleichstrom- oder Wechselstrom-Regler infrage kommt.
Wichtige Werte betreffen die Ausgangsspannung und den Ankerstrom. Die von gängigen Drehzahlstellern beherrschbare Spannung liegt zwischen 10 und 400 Volt, die meisten Geräte arbeiten mit 24, 230 und 400 Volt Gleich- oder Wechselspannung. Beim maximalen Ankerstrom reicht die Auswahl von 1,3 Ampere bis zu 20 Ampere. Der Ankerstrom ist das Maß für das elektrische Drehmoment im Motor. Er verhält sich proportional zur mechanischen Belastung und repräsentiert die Hauptstellgröße, da die Drehzahl von ihm abhängig ist.
Wichtig: Angegeben wird immer der höchstzulässige Dauerstrom, den der Drehzahlsteller nur einmalig oder für kurze Zeit tolerieren kann. Es empfiehlt sich, einen höheren Wert einzukalkulieren, da sich die Betriebsbedingungen nicht immer sicher vorhersagen lassen.
Weitere Kriterien für die Beschaffung sind die Bauform und Montagemöglichkeiten. Es gibt Drehzahlsteller in Platinenausführung als offenes oder halboffenes Modul, eingebaut in Kunststoffgehäuse mit der kompletten Elektronik inklusive Schalter und Display sowie in Ausführungen für Modulträger oder Tragschienen. Zu achten ist auch auf die Taktfrequenz, angegeben in Hz oder kHz. Je höher die Frequenz, desto leise arbeitet im Allgemeinen der Motor. Viele Controller nutzen Frequenzen zwischen 15 und 20 Kilohertz, was einen geräuscharmen Betrieb ermöglicht. Soll Zubehör an den Controller angeschlossen werden, so ist auf den entsprechenden Anschluss zu achten. Für raue Umgebungen empfehlen sich Gehäuse mit passender IP-Schutzart, zum Beispiel IP 54.
Durchaus, beispielsweise in einem Lkw. Dazu gibt es kompakte Modelle mit Transistorsteuerung, der Eingangsspannungsbereich liegt üblicherweise bei 12 bis 36 Volt Gleichspannung. Solche Controller können Elektromotoren mit einer Leistungsaufnahme von bis zu 10 Ampere steuern. Eine stufenlose Drehzahlverstellung ist im Allgemeinen durch ein Potentiometer möglich, einstellbare Strombegrenzer schützen den Elektromotor vor Überlast.